Endret mikrobiom i fruktfluer kan drive evolusjonær endring

Uttrykket "du er det du spiser" har fått ny betydning. I et forsøk på fruktfluer, eller Drosophila melanogaster, forskere ved University of Pennsylvania har funnet ut at tilsetning av forskjellige mikrober til fluematen førte til at populasjoner divergerte genetisk, får betydelige genomiske endringer på bare fem generasjoner.

"Vårt arbeid er veldig antydende for at mikrobiell samfunnssammensetning driver, i det minste delvis, hvordan organismer de lever i utvikler seg, "sier Paul Schmidt, en biolog ved Penn og seniorforfatter på verket, som vises i journalen PNAS . "Det faktum at vi kan se denne effekten i eksperimenter utført på en så kort tidsskala, tyder på at størrelsen på kondisjonseffektene mikrobene har er utrolig."

I motsetning til et laboratorieeksperiment, hvor alle mulige aspekter av miljøet kontrolleres, fra genetikken til fluene selv til temperatur og kosthold, For å forstørre forskjellene mellom behandlingene fant dette settet med eksperimenter sted utendørs, ved Pennovation Works på Penns campus. Innstillingen gjenspeiler naturen nærmere, avhengig av været, sesongmessige endringer, til og med den merkelige edderkoppen eller skitten som trer seg inn i skapene.

Det faktum at, til tross for den potensielle påvirkningen av disse eksterne faktorene, forskerne fant fremdeles at mikrobiomskiftene har en signifikant effekt på genomene til fluebestander, gjør funnet enda mer overbevisende, Sier Schmidt.

Jeg synes det er rimelig å si at vi beholdt så mye økologisk realisme som vi kunne på bekostning av å oppdage store effekter. Vi har nettopp flyttet den relative mengden av disse mikrobene i fluens diett, og det var nok til å se en effekt. "

Paul Schmidt, Penn biolog

Schmidt og postdoktor Seth Rudman, hovedforfatteren på papiret, utnyttet det faktum at fluer har relativt enkle mikrobiomsamfunn sammenlignet med andre organismer, som mennesker.

"Hvis du gjør en undersøkelse av et pattedyrsmikrobiom, mange av bakteriene du finner i tarmen er ukjente, "sier Rudman." Men det er ikke tilfelle med fluer. Det hender bare at Drosophila bare har omtrent 100 arter i sitt mikrobiomfellesskap. "

Andre fordeler med fruktfluer for denne typen studier inkluderer deres korte generasjonstid-man kan studere flere generasjoner i løpet av få måneder-og det faktum at de kan oppdras til ekstremt høye populasjonsstørrelser. I dette tilfellet, det betydde hundretusenvis av fluer i hvert forsøk.

Fra tidligere arbeider, forskere hadde en antydning om at mikrobiomet var knyttet til endringer i fluens egnethet. Fluer fra nordligere breddegrader har en tendens til å ha flere Lactobacillus -bakterier som en del av mikrobiomet, og lever også lenger, har færre egg og er mer tolerante overfor stress. Flere sørlige befolkninger, på den andre siden, som har en tendens til å ha flere av bakteriene Acetobacter, hadde kortere levetid, flere egg, og var mindre stress-tolerante. Arbeid i laboratoriet viste at eksponering av fluer for disse to bakterietypene fremkalte de samme egenskapene.

Men kan mikrobene drive utviklingen av hele populasjoner av fluer? For å teste det, Schmidt, Rudman, og kolleger designet et eksperimentelt oppsett for å manipulere fluenes mikrobiomer. De introduserte tusen fluer i hver av flere utendørs mesh -skap, 2 kubikkmeter i størrelse og utsmykket med bunndekke og fersken. De varierte maten i noen av vedleggene, supplere den med enten Acetobacter eller Lactobacillus.

Forskerne bekreftet at fôringen endret mikrobiomene til fluene, men bare litt. Det var nok, derimot, å påvirke genene deres. Sammenligning av genomene til fluene ved studiestart til konklusjonen, etter fem generasjoner, teamet kunne velge forskjellige endringer i frekvensen av visse alleler-en variant av et gen-som var i samsvar med det som er sett i naturlige populasjoner av fluer.

"Vi fant ut at allelen som var mer vanlig i Lactobacillus -løsningsburene, også var allelen som er mer vanlig i nord, hvor Lactobacillus i seg selv er mer vanlig, "sier Rudman." Og allelen som var mer vanlig i Acetobacter -burene var også allelen som er mer vanlig i sør, der Acetobacter er mer vanlig. "

Til forskerne, det å finne hamret hjem betydningen av mikrobenes innflytelse.

"Poenget er, mikrober driver rask tilpasning, "Sier Schmidt.

Hvorvidt denne effekten oversettes til mennesker og andre dyr, er et spørsmål om videre undersøkelse, forfatterne sier, men mange studier har understreket den kraftige effekten av mikrobiomet.

I fremtidig arbeid, forskerne vil snu manuset, testing for å se om endringer i fluens genetiske profiler påvirker hvilke mikrober som kan få fotfeste i mikrobiomene. Og de vil også undersøke dypere for å bestemme nøyaktig hvordan det skiftende mikrobiomet påvirker verten.

• Tarmbakterier knyttet til sterkere muskler hos eldre mennesker
• Flått som nå bærer flere sykdommer,